أقطاب كربون زغبية تجلب بطاريات الليثيوم الهوائية أقرب إلى الواقع

أكثر قوة بعشرة أضعاف من أيونات الليثيوم - ولكن لا يزال عشر سنوات: لقد جلب القطب الكربونى الناعم العلماء في جامعة كامبريدج خطوة أقرب لإنتاج بطارية ليثيوم هواء قابلة للتشغيل ، ولكن لا يزال هناك العديد من التحديات التقنية.

بطاريات الليثيوم أيون اليوم خفيفة ، لكنها ضخمة بالنسبة للشحن الذي تخزنه. كيمياء البطارية الأخرى لديها كثافة طاقة أفضل. لسنوات ، كان العلماء يبحثون عن طرق لصنع البطاريات مع جميع مزايا Li-ion ، لكن ذلك يشغل مساحة أقل.

بطاريات الليثيوم الهوائية ، بكثافة طاقة نظرية عشرة أضعاف من Li-ion ، ينظر إليها على أنها الطريق إلى الأمام ، ولكن النماذج التجريبية أثبتت حتى الآن عدم استقرارها ، مع انخفاض معدلات الشحن أو التفريغ وانخفاض كفاءة الطاقة. والأسوأ من ذلك أنه لا يمكن تشغيلها إلا بالأكسجين النقي ، مما يجعلها غير عملية للاستخدام في جو طبيعي.

لا تزال المشكلة في الغلاف الجوي دون حل ، ولكن في بحث منشور في دورية ساينس يوم الجمعة ، يصف الباحثون في جامعة كامبريدج كيف حل بعض مشاكل الاستقرار والكفاءة بإضافة اليوديد الليثيوم واستخدام قطب كربون زغبي مصنوع من أوراق الجرافين.

الأقطاب الإيجابية والسلبية في بطاريات ليثيوم أيون مصنوعة من أكسيد فلز وجرافيت ، على التوالي. يعمل ملح الليثيوم المذاب في مذيب عضوي كمحلل كهربائي ، يحمل أيونات الليثيوم بين القطبين الكهربائيين.

في بطارية الليثيوم الهوائية التي طورها تاو ليو ، كلير بي جراي وزملاؤه في كامبريدج ، يتكون قطب الكربون من شكل مسامي من الجرافين.

لقد اختاروا تخزين الشحنة عن طريق تشكيل وإزالة هيدروكسيد الليثيوم البلوري (LiOH) بدلاً من بيروكسيد الليثيوم المستخدم في تصاميم بطاريات الليثيوم والهواء الأخرى.

بإضافة اليوديد الليثيوم كانوا قادرين على تجنب العديد من التفاعلات الكيميائية غير المرغوب فيها التي سممت التصاميم السابقة ببطء. هذا تحسن استقرار الخلية حتى بعد عدة دورات الشحن والتفريغ. حتى الآن ، تمكنوا من إعادة شحن الخلية 2000 مرة.

هذا بالإضافة إلى تعديلات أخرى على تصميمهم سمحت لهم بالحفاظ على فجوة الجهد بين الشحن والتفريغ بما يتماشى مع خلايا Li-ion ، حوالي 0.2 فولت ، مقارنة إلى 0.5-1V لتصاميم الهواء الليثيوم الأخرى. هذا ، كما يقولون ، يجعل خلاياهم 93 في المائة موفرة للطاقة.

لا يزال هناك مجموعة من المشاكل التي يتعين حلها ، على الرغم من ذلك ، قبل أن تدخل البطارية الإنتاج التجاري. تعتمد قدرتها بشكل كبير على معدل الشحن والتفريغ ، ولا تزال عرضة لتكوين التشعبات ، ألياف الليثيوم النقية التي يمكنها قصر الدائرة الكهربائية للبطارية وتسبب الانفجار. هناك أيضًا مشكلة الهواء التي تحتوي على النيتروجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء بالإضافة إلى الأكسجين النقي الذي تتطلبه الخلية التجريبية.